基于反射波的碳酸盐岩储集层测井评价技术

肖承文 王贵清 吴兴能 文得进 汪德刚

1．中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院 2．中国石油渤海钻探工程公司测井公司 3．中国石油塔里木油田公司

碳酸盐岩储集层非均质性强、各向异性大，储集层以基质孔隙、溶蚀孔洞、裂缝为主，结构复杂。测井解释难度大，而目前现有的裂缝识别测井方法探测深度太浅，一般在3m以内，这只能定性给出井壁附近地层裂缝发育情况，难以了解储层横向变化或井壁裂缝向外延伸发育情况，在裂缝性储集层中测井评价成果常与试油结果发生矛盾。针对这些问题，中国石油渤海钻探工程公司测井公司自2001年开始研究远探测声波反射波成像测井技术，利用声波反射波信息来识别井旁3～10m范围内的储层信息，弥补了现有测井方法探测深度不足的缺陷。

1 远探测声波成像测井仪及其特点

如图1所示，不论是双发双收的补偿声波、数字声波、长源距声波还是多级阵列声波测井记录，都是沿井壁的滑行波，而远探测声波反射波成像测井仪是以辐射到井外地层中的声场能量作为入射波，探测从井旁裂缝或小构造反射回来的反射信息［1－8］，通过分析探测器接收到的全波列信息，提取其中的反射波信息，根据反射波信息了解井旁储集层信息。

图1 反射波成像测井原理图

远探测声波反射波成像测井仪由2个发射探头和8组接收探头组成。两组低频、大功率相控阵发射探头有助于声波信号的远距离传播；每个发射探头是由4个发射环组成，可以通过调节4个发射环的发射延迟时间控制发射角度［2－3］，满足不同速度地层的测井需求。

该仪器主要测量信息是纵波反射波即通常所说的PP反射波，为了后续处理及提波方便，希望记录的PP反射波位于纵波和横波之间，因此，在仪器设计时把发射探头和接收探头之间的源距设计成是可调解的。通过调节仪器的源距来实现不同岩性、物性、速度的地层测量的PP反射波始终位于纵波和横波之间［4］。

2 PP反射波的波场分离技术

远探测声波反射波成像测井仪器采集的主要是全波信息，依次为纵波、PP反射波、横波、斯通利波等信息，在长源距及阵列声波测井中主要测量的是纵波、横波、斯通利波等信息，而相对PP反射波来说全波中的模式波就是“噪音”，后续处理时要采用相应的滤波方法滤掉这个“噪音”，分离出高质量的PP反射波，同时将上行反射波与下行反射波进行分离，对分离后的上下行反射波进行成像［8－10］。

图2显示了倾斜地层与直井相交情况下的测井。由倾斜地层产生的反射波按照传播方向可分为上行反射波和下行反射波。设地层与井的夹角是α，反射波旅行时表达式为：

式中Z是声源到井与地层交点的距离；z是源距；v是地层速度，“－”和“＋”分别代表仪器位于倾斜地层下方和上方的情况。

由式（1）可得到反射波的视慢度：

当仪器位于地层下方时，检波器接收到的反射波是下行波，此时反射波的视慢度明显与模式波的慢度（1／v）不同。根据这种差别利用参数估计法算出模式波D，然后从波场数据W中减去模式波D，提取出反射波R（下行反射波）。即

图2 倾斜地层与直井相交情况下的测井示意图

式中E是复数矩阵，包含模式波传播的指数形式，“～”表示共轭。在估算模式波时，假设反射波非常小，即‖R‖‖D‖，因此可以忽略不计。

当仪器位于地层上方时，检波器接收到的反射波是上行波，根据图3和式（2），反射波视慢度与模式波慢度之间差异变小，此时直接用式（3）、式（4）得到的上行波将会产生扭曲。因此在分离上行波时采用共检波器道集，此时上行波视慢度与模式波慢度之间差异同下行波视慢度与模式波慢度之间差异相同，这样就可以用式（3）、式（4）来提取上行反射波。对提取的上下行反射波进行成像得到最终的成果图，根据上下行波成像图就可以对井旁裂缝、孔洞进行解释。

图3 3种实验模型及其响应特征图

3 测井评价方法

得到成像图以后，就可以根据成像图对井旁的反射体进行解释。图像上的不同特征代表什么样的井旁反射体呢？首先在消声水池中做了模拟实验，共计做了过井壁裂缝模拟、井旁裂缝模拟、井旁溶蚀孔洞（或网状缝）模拟3大类6小类共计40种模型实验［11］。

实验过程中用2m×1m×1mm的钢板模拟裂缝，用2m×1m×0．5m的铁制网状笼子装上大小不等的鹅卵石模拟溶蚀孔洞，把仪器水平放入水中，保持仪器在水中静止，模型做匀速运动，记录一组数据，据此做不同类型的模拟实验，得到各种响应特征。图3是在消声水池做的3类实验模型及其响应特征图。图中井旁裂缝，钢板中心位置距仪器3m，与仪器夹角为－20°（逆时针为负，顺时针为正），仪器源距为5．3m，从原始波形图上看，反射波的倾斜同相轴非常明显，从模型来分析这种情况只有下行波，不存在上行波，因此，在处理过程中波分离后直接进行成像，没有进行上下行波分离，得到一组单边的条带状同相轴，其形状、走势、夹角与模型基本一致，同相轴的中点大约为3m与钢板距仪器的距离一致；过井壁裂缝，两块一样的钢板分别放在仪器两侧与仪器的夹角为20°，两块板中点都距仪器3m，从原始波形上看有两组不同走势的反射波，从理论分析这种情况会出现上下行反射波，对其进行处理并双边成像，可以看出在上下行反射波成像图上各有一组条带状的同相轴，且两组同相轴在一条直线上；孔洞或网状缝，用三角铁焊成2m×1m×0．5 m的长方形骨架，然后用的铁丝网把6个面封好，里面装上鹅卵石来模拟溶蚀孔洞，放置中心距仪器3m，从理论分析这种模型的反射是杂乱无章的，处理过程中在波分离完直接对其进行了成像没有进行上下行波的分离，从成像图上看呈杂乱无章的斑点状。

井旁反射体基本上可以分为井旁裂缝、过井壁裂缝、溶蚀孔洞、网状缝、断层几种情况，其中断层反射波响应特征与井旁裂缝或过井壁裂缝的响应特征一致；溶蚀孔洞与网状裂缝响应特征基本一致。为此，远探测声波反射波的响应特征可以归为3种类型：井旁裂缝、过井壁裂缝、溶蚀孔洞或网状缝。在实际测井资料解释过程中就可以依据图3的响应特征进行解释。

4 应用效果分析

利用实验确定了典型地质体的响应特征，以该响应特征为依据对实际井数据进行解释，建立一系列的特征图集或解释图版，在后续生产中可以用图版对测井资料进行解释［12－13］。图4是塔里木油田A井的一段碳酸盐岩段综合解释成果图。从图中可以看出XX20～XX30m井段，成像测井在XX26m解释一条40cm高的裂缝，孔隙度小于1．8%，电阻率大于1 000Ω·m，综合评价为Ⅲ类储集层，开井流动曲线呈一条直线，关井压力恢复缓慢，压力历史曲线反映测试层为特低渗透性储集层，仅从常规分析这类储集层即使酸化压裂也不会获得工业油气流。而对应远探测成像图上可以看出在XX20～XX28m距井壁3～10m的地方发现反射信息比较明显，为双边成像，同相轴几乎为直线，但两侧的同相轴延长线在在一条线上，裂缝角度较高，根据图版可以评价为高角度井旁裂缝。建议中国石油塔里木油田公司勘探公司进行试油，该建议被采纳，酸压后6mm油嘴日产气10多万立方米、油10多立方米。从图5酸压施工曲线分析，挤胶凝酸注入过程压力平稳上升，人造裂缝正常延伸，没有沟通储层缝、洞的迹象；再次挤胶凝酸后，压力有明显下降，说明沟通了缝洞系统。从图6裂缝导流能力曲线图上分析在裂缝延伸方向8m处遇到溶洞区，在36m处穿过溶洞区。证实远探测声波反射波成像解释是正确的。

图4 A井碳酸盐岩段综合解释成果图（1in＝25．4mm；1ft＝0．304 8m）

图5 酸压施工曲线图

图6 裂缝导流能力曲线图

5 结束语

远探测声波反射波成像测井在径向探测深度上是一次飞跃，其他测井仪器探测深度都不足3m，而该仪器径向探测深度达到了10m，能识别此范围内的裂缝孔洞型储集层。该技术先后在塔里木、大港等油田共计61口上应用，井旁缝洞型储层有效性评价符合率达到85．4%，其中在塔里木油田共计测井41口，符合率达到了88．2%，应用效果良好。该技术为试油决策提供了科学依据，为油田的增储上产提供了技术支撑。

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